摘要：基于和利時(shí)LM系列PLC的氣體分析預(yù)處理系統(tǒng)可以為氣體分析系統(tǒng)提供符合要求的采樣氣體。實(shí)踐證明，取樣氣體預(yù)處理效果良好。取樣氣體經(jīng)預(yù)處理裝置后，達(dá)到了降溫、除水、除干擾組份的目的，投運(yùn)后運(yùn)行穩(wěn)定，在線分析響應(yīng)時(shí)間常量分析小于30秒，微量分析小于40秒。取樣氣體測(cè)量準(zhǔn)確，能夠迅速和正確反映工況，同時(shí)儀器的故障率與維修量大為下降，保證了氣體分析系統(tǒng)的長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行，為最終客戶的安全生產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)、降耗等起到了重要作用。
關(guān)鍵詞：和利時(shí)LM系列PLC；氣體分析；多通道；巡檢
1 氣體分析預(yù)處理技術(shù)概述
本文介紹和利時(shí)LM系列PLC在四路巡檢氣體分析預(yù)處理系統(tǒng)中的應(yīng)用。基于和利時(shí)LM系列PLC和HT6000系列觸摸屏的氣體預(yù)處理系統(tǒng)因其可靠性高、自動(dòng)化水平高、預(yù)處理質(zhì)量穩(wěn)定、人機(jī)界面友好等特點(diǎn)在得到了廣泛的應(yīng)用。
傳統(tǒng)的分析方法如化學(xué)分析法、氣相色譜法較多采用人工采樣法。人工采樣法的特點(diǎn)是采用人工取樣的方式，抽取某一時(shí)點(diǎn)的樣氣進(jìn)行分析。其缺點(diǎn)顯而易見(jiàn)：
（1）必須對(duì)氣體進(jìn)行人工取樣，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析，其中操作者的操作技能對(duì)分析的精度有很大影響；
（2）只能單一成份地逐個(gè)進(jìn)行檢測(cè)分析，不具備多重輸入和信號(hào)處理功能；
（3）分析費(fèi)時(shí)費(fèi)力，響應(yīng)速度慢，效率低，難以實(shí)時(shí)地反映工況信息。
在現(xiàn)代氣體分析儀器的設(shè)計(jì)中，主要包括兩種設(shè)計(jì)方案。一種是以分離器件和小規(guī)模集成電路為基礎(chǔ)的模擬信號(hào)處理方案，這類儀器主要應(yīng)用于功能簡(jiǎn)單的小型儀器，它們一般只能進(jìn)行簡(jiǎn)單的測(cè)試，由于儀器內(nèi)部沒(méi)有專門的功能軟件，所以無(wú)法完成更進(jìn)一步的數(shù)據(jù)處理和計(jì)算功能，這類產(chǎn)品一般都做成便攜式儀器，間斷的對(duì)氣體進(jìn)行取樣檢查。第二種方案是以單片機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的數(shù)字電路處理方案，這類儀器在進(jìn)行信號(hào)處理和數(shù)據(jù)通訊方面具有較高的靈活性，在氣體分析儀器行業(yè)中處于主流地位，已基本能夠完成必要的數(shù)據(jù)處理和運(yùn)算功能。對(duì)于一些具有高集成的單片機(jī)系統(tǒng)，它具有更全面的功能。但是對(duì)多種組份、多路通道、惡劣環(huán)境的氣體測(cè)量要求，對(duì)采樣氣體需要進(jìn)行必要的預(yù)處理的應(yīng)用要求，以單片機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的氣體分析儀在設(shè)計(jì)時(shí)存在著較大的難度。針對(duì)第二種方案的不足，我們把氣體分析預(yù)處理系統(tǒng)單獨(dú)分離出來(lái)，用成熟靈活的PLC系統(tǒng)來(lái)設(shè)計(jì)。
氣體預(yù)處理系統(tǒng)是可靠性和穩(wěn)定性要求最高的氣體分析子系統(tǒng)，其性能直接決定了采樣氣體的質(zhì)量。基于PLC的氣體預(yù)處理系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)氣體的自動(dòng)連續(xù)采樣。采用不同測(cè)量方法的氣體分析系統(tǒng)都由采樣預(yù)處理系統(tǒng)和分析儀表兩部分組成。采樣探頭將被測(cè)氣體從煙道或管道中引出，并送入預(yù)處理系統(tǒng)進(jìn)行氣體預(yù)處理，然后連續(xù)送入儀器的氣體室中，分析儀器通過(guò)不同的方法完成氣體濃度的測(cè)量。采樣預(yù)處理系統(tǒng)完成氣體的采樣工作，其基本原理分為正壓和負(fù)壓兩種，由PLC完成各管路電磁閥和電動(dòng)閥的時(shí)序動(dòng)作。
2 氣體分析預(yù)處理控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
氣體分析輔助系統(tǒng)由以PLC為核心的控制機(jī)柜、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、聲光報(bào)警和一次、二次外圍元件組成，控制柜里配置有PLC、報(bào)警繼電器、泵、閥等。每一路輸出通道都有與之相對(duì)應(yīng)的流程指示燈，可以檢查某一通道的當(dāng)前工作情況，而且系統(tǒng)具有自動(dòng)巡檢和手動(dòng)功能。
本系統(tǒng)的CPU模塊選用和利時(shí)LM系列PLC的LM3107E模塊，模塊本體上集成12點(diǎn)數(shù)字量輸入和8點(diǎn)繼電器輸出，還有2路模擬量輸入和1路模擬量輸出。系統(tǒng)采用LM3223擴(kuò)展8通道繼電器輸出。系統(tǒng)中顯示部件采用和利時(shí)HT7700T觸摸屏，通過(guò)串口以ModbusRTU的協(xié)議與PLC的RS232串口通訊，通過(guò)觸摸屏可以對(duì)氣體預(yù)處理系統(tǒng)的各個(gè)通道進(jìn)行手動(dòng)和自動(dòng)操作、參數(shù)設(shè)置、報(bào)警顯示、氣體含量顯示及曲線繪制等。觸摸屏的以太網(wǎng)口可以與上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信，采用ModbusTCP協(xié)議進(jìn)行遠(yuǎn)程管控。氣體分析輔助系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。
圖1 氣體分析輔助系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)示意圖
3 氣體分析預(yù)處理控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
和利時(shí)HT7700T觸摸屏采用低功耗的ARM結(jié)構(gòu)CPU芯片，具有真彩顯示、通訊接口多、存儲(chǔ)量大、軟件簡(jiǎn)單易用等特點(diǎn)，可以生動(dòng)地實(shí)現(xiàn)PLC的圖形化操作。系統(tǒng)的窗口包括封面、菜單窗口、操控界面、參數(shù)設(shè)置、曲線顯示、關(guān)于我們、系統(tǒng)幫助、后臺(tái)參數(shù)修正等8個(gè)。菜單窗口完成觸摸屏各畫面的切換功能。操控界面主要完成系統(tǒng)的手自動(dòng)操作、報(bào)警和模擬量的顯示。參數(shù)設(shè)置窗口完成排空、進(jìn)樣、反吹、延時(shí)等工藝參數(shù)的設(shè)置。曲線顯示窗口可以查看氣體含量的實(shí)時(shí)曲線。部分HMI界面如圖2、如圖3和如圖4所示。
圖2 菜單窗口
圖3 操控界面
圖4 參數(shù)設(shè)置
4 應(yīng)用特點(diǎn)
基于和利時(shí)LM系列PLC的氣體分析預(yù)處理系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：
（1）穩(wěn)定性和可靠性
準(zhǔn)確性和可靠性是系統(tǒng)的關(guān)鍵。和利時(shí)LM系列PLC配置高性能的工業(yè)級(jí)處理器，具有超快的處理速度以及大容量的內(nèi)存。氣體分析的應(yīng)用場(chǎng)合現(xiàn)場(chǎng)工況一般比較惡劣，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，可以采用防濕熱、防鹽霧、防霉菌的三防模塊，保證系統(tǒng)在濕熱、潮濕、高溫以及各種化學(xué)品侵蝕的惡劣環(huán)境下，仍然具有高
（2）強(qiáng)大的功能及可擴(kuò)展性
由于和利時(shí)LM系列PLC具有體積小、集成化程度高、運(yùn)算速度快、邏輯控制容量大等特點(diǎn)，所以整套程序除了狀態(tài)報(bào)警、模擬量處理功能外，還有復(fù)雜的管路自動(dòng)切換、參數(shù)設(shè)置、防止錯(cuò)誤手動(dòng)等功能。在硬件方面，還可以擴(kuò)展至7個(gè)模塊，方便系統(tǒng)擴(kuò)容。在軟件方面，通過(guò)成熟的編程手段，可以最大程度地根據(jù)照客戶的要求來(lái)修改控制策略和顯示界面。
（3）高性價(jià)比
和利時(shí)LM系列PLC和HT7000系列觸摸屏具有超高的性價(jià)比。此外，在預(yù)處理系統(tǒng)中設(shè)計(jì)的多路巡檢功能，使現(xiàn)場(chǎng)管路得到了充分的使用，節(jié)省了管道泵閥投資。
參考文獻(xiàn)
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作者簡(jiǎn)介：
楊范，男，漢族，河南人，本科，畢業(yè)于西安理工大學(xué)機(jī)電一體化工程專業(yè)，現(xiàn)工作單位北京和利時(shí)自動(dòng)化驅(qū)動(dòng)技術(shù)有限公司 市場(chǎng)拓展部技術(shù)支持組；
王衛(wèi)，男，漢族，湖南瀏陽(yáng)人，高級(jí)工程師，畢業(yè)于國(guó)防科技大學(xué)自動(dòng)控制系工業(yè)與自動(dòng)控制專業(yè)，現(xiàn)工作單位廣州軍區(qū)聯(lián)勤部指揮自動(dòng)化工作站 網(wǎng)絡(luò)室主任；
